Back to the topics list

диффузия

Цели обучения

Диффузия - это физический процесс, при котором молекулы материала перемещаются из области с высокой концентрацией (где много молекул) в область с низкой концентрацией (где молекул меньше).

Диффузия обычно происходит в растворе жидкостей и газов, потому что их частицы беспорядочно перемещаются с места на место. Это важный процесс для живых существ; это то, как вещества перемещаются в клетки и выходят из них.

Например, представьте, как кто-то открывает бутылку с нашатырным спиртом в комнате, заполненной людьми. Газообразный аммиак находится в самой высокой концентрации в баллоне; его самая низкая концентрация - на краях комнаты. Пары аммиака будут диффундировать или распространяться от бутылки; постепенно все больше и больше людей будут чувствовать запах аммиака по мере его распространения.

Распространение - это форма пассивного транспорта.

Точно так же в крови больше молекул углекислого газа, чем в легких, поэтому молекулы углекислого газа имеют тенденцию перемещаться в легкие. Это происходит в клеточной биологии, когда небольшие молекулы просто диффундируют через клеточную мембрану, а более крупные молекулы проходят через нее только за счет энергии.

Еще несколько примеров распространения:

• Кубик сахара оставляют на некоторое время в стакане с водой.
• Когда крышка снята, из флакона поднимаются пары духов.
• Пищевой краситель, попавший в стакан, растекается.
• Добавляем в воду сахар.

Что вызывает диффузию?

В газах и жидкостях частицы беспорядочно перемещаются с места на место. Частицы сталкиваются друг с другом или со своим контейнером. Частицы сталкиваются друг с другом или со своим контейнером. Это заставляет их менять направление. В конце концов, частицы разлетаются по всему контейнеру.

Распространение происходит само по себе, без перемешивания, встряхивания или взбалтывания.

Чем полезна диффузия?

В живых существах вещества проникают в клетки и выходят из них путем диффузии. Например:

• При дыхании выделяется углекислый газ, в результате чего количество углекислого газа в клетке увеличивается. В конце концов, концентрация углекислого газа в клетке выше, чем в окружающей крови. Затем углекислый газ диффундирует через клеточную мембрану в кровь.
• Вода проникает в растения через их корневые волосковые клетки. Вода перемещается из области с высокой концентрацией (в почве) в область с более низкой концентрацией (в клетке корневого волоска). Это потому, что корневые волосковые клетки частично проницаемы. Такое распространение воды называется осмосом.

Факторы, влияющие на диффузию

1. Степень градиента концентрации - чем больше разница в концентрации, тем быстрее происходит диффузия. Чем ближе распределение материала к равновесию, тем медленнее становится скорость диффузии.

2. Масса диффундирующих молекул - Более тяжелые молекулы движутся медленнее, следовательно, они диффундируют медленнее. Обратное верно для более легких молекул.

3. Температура - Более высокие температуры увеличивают энергию и, следовательно, движение молекул, увеличивая скорость диффузии. Более низкие температуры уменьшают энергию молекул, тем самым уменьшая скорость диффузии.

4. Плотность растворителя. По мере увеличения плотности растворителя скорость диффузии уменьшается. Молекулы замедляются, потому что им труднее проходить через более плотную среду. Если среда менее плотная, диффузия увеличивается.

5. Растворимость: неполярные или жирорастворимые материалы легче проходят через плазматические мембраны, чем полярные материалы, что обеспечивает более высокую скорость диффузии.

6. Площадь поверхности и толщина плазматической мембраны: увеличенная площадь поверхности увеличивает скорость диффузии, тогда как более толстая мембрана снижает ее.

7. Пройденное расстояние. Чем больше расстояние, которое должно пройти вещество, тем медленнее скорость диффузии. Это накладывает верхнее ограничение на размер ячейки. Большая сферическая клетка погибнет, потому что питательные вещества или отходы не могут достичь центра клетки или покинуть ее. Следовательно, клетки должны быть либо небольшими по размеру, как у многих прокариот, либо уплощенными, как у многих одноклеточных эукариот.